قطرة (سائلة)

القطرة هي عمود صغير من السائل ، محاط كليًا أو شبه كليًا بأسطح حرة . تتشكل القطرة عندما يتراكم السائل عند نهاية أنبوب أو أي سطح آخر، مُنتجًا قطرة معلقة. كما تتشكل القطرات أيضًا من تكثف البخار أو من تفتت كتلة أكبر من مادة صلبة . يتكثف بخار الماء إلى قطرات تبعًا لدرجة الحرارة. تُسمى درجة الحرارة التي تتشكل عندها القطرات بنقطة الندى .

يتشكل السائل على شكل قطرات لأنه يُظهر خاصية التوتر السطحي . ^{[ 1 ]}

إحدى الطرق البسيطة لتكوين قطرة سائلة هي السماح لسائل بالتدفق ببطء من الطرف السفلي لأنبوب رأسي صغير القطر. يتسبب التوتر السطحي للسائل في تعلقه بالأنبوب، مكونًا ما يشبه المعلق. عندما تتجاوز القطرة حجمًا معينًا، تفقد ثباتها وتنفصل. السائل المتساقط هو أيضًا قطرة متماسكة بفعل التوتر السطحي.

في اختبار القطرة المعلقة، تُعلق قطرة من السائل من نهاية أنبوب أو من أي سطح بفعل التوتر السطحي . تتناسب القوة الناتجة عن التوتر السطحي طرديًا مع طول الحد الفاصل بين السائل والأنبوب، ويُرمز لثابت التناسب عادةً بـ${\displaystyle \gamma }$[ ^{2 ]} بما أن طول هذا الحد هو محيط الأنبوب، فإن القوة الناتجة عن التوتر السطحي تُعطى بالعلاقة التالية ^:

${\displaystyle \,F_{\gamma }=\pi d\gamma }$

حيث يمثل d قطر الأنبوب.

يمكن إيجاد كتلة القطرة m المعلقة من نهاية الأنبوب عن طريق مساواة القوة الناتجة عن الجاذبية (${\displaystyle F_{g}=mg}$) مع مركبة التوتر السطحي في الاتجاه الرأسي (${\displaystyle F_{\gamma }\sin \alpha }$) مما يعطي الصيغة

${\displaystyle \,mg=\pi d\gamma \sin \alpha }$

حيث α هي زاوية التلامس مع السطح الأمامي للأنبوب، و g هي التسارع الناتج عن الجاذبية.

تُعطي نهاية هذه الصيغة، عندما تقترب قيمة α من 90 درجة، أقصى وزن لقطرة معلقة لسائل ذي توتر سطحي معين.${\displaystyle \gamma }$.

${\displaystyle \,mg=\pi d\gamma }$

تُشكّل هذه العلاقة أساسًا لطريقة ملائمة لقياس التوتر السطحي، شائعة الاستخدام في صناعة النفط. وتتوفر طرق أكثر تطورًا تأخذ في الحسبان تغير شكل القطرة المعلقة مع نموها. وتُستخدم هذه الطرق في حال كان التوتر السطحي غير معروف. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

يمكن تقسيم التصاق القطرة بسطح صلب إلى فئتين: الالتصاق الجانبي والالتصاق العمودي. يشبه الالتصاق الجانبي الاحتكاك (مع أن مصطلح "الالتصاق الجانبي" أدق من الناحية الاحتكاكية )، ويشير إلى القوة اللازمة لتحريك القطرة على السطح، أي القوة اللازمة لفصل القطرة عن موضعها على السطح ونقلها إلى موضع آخر. أما الالتصاق العمودي فهو القوة اللازمة لفصل القطرة عن السطح في الاتجاه العمودي، أي القوة اللازمة لدفع القطرة بعيدًا عن السطح. يمكن قياس كلا نوعي الالتصاق باستخدام ميزان الالتصاق المركزي (CAB). يستخدم هذا الميزان مزيجًا من قوى الطرد المركزي والجاذبية للحصول على أي نسبة بين القوى الجانبية والعمودية. على سبيل المثال، يمكنه تطبيق قوة عمودية عند انعدام القوة الجانبية لدفع القطرة بعيدًا عن السطح في الاتجاه العمودي، أو يمكنه توليد قوة جانبية عند انعدام القوة العمودية (محاكاة انعدام الجاذبية ).

مصطلح " قطرة " هو تصغير لكلمة "قطرة"، ويُستخدم عادةً للإشارة إلى جزيئات سائلة يقل  قطرها عن 500 ميكرومتر. في الرش ، تُوصف القطرات عادةً بحجمها الظاهري (أي قطرها)، بينما تعتمد الجرعة (أو عدد الجزيئات المعدية في حالة المبيدات الحيوية ) على حجمها. ويزداد هذا الحجم تناسبًا طرديًا مع مكعب القطر ؛ لذا،  تمثل قطرة قطرها 50 ميكرومتر جرعةً مقدارها 65  بيكولتر،  وتمثل قطرة قطرها 500 ميكرومتر جرعةً مقدارها 65 نانولتر.

 تبلغ السرعة النهائية لقطرة قطرها 3 مم حوالي 8  م/ث. ^{[ 5 ]} تصل القطرات التي يقل قطرها عن 1 مم إلى 95% من سرعتها النهائية في غضون مترين . أما القطرات التي يزيد قطرها عن ذلك، فتزداد المسافة اللازمة للوصول إلى السرعة النهائية بشكل حاد. على سبيل المثال، قد تصل قطرة قطرها 2 مم إلى هذه السرعة عند مسافة 5.6 متر . ^{[ 5 ]}

بسبب اختلاف معامل انكسار الماء والهواء ، يحدث الانكسار والانعكاس على أسطح قطرات المطر ، مما يؤدي إلى تكوين قوس قزح .

يُعدّ رنين الفقاعات المثارة المحصورة تحت الماء المصدر الرئيسي للصوت عند اصطدام قطرة بسطح سائل . وتُعدّ هذه الفقاعات المتذبذبة مسؤولة عن معظم أصوات السوائل، مثل صوت الماء الجاري أو صوت الرذاذ، لأنها في الواقع ناتجة عن اصطدامات عديدة بين القطرات والسائل. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

يُستمد الشكل الكلاسيكي للقطرة (ذات الطرف المدبب في أعلاها) من ملاحظة التصاق القطرة بسطح ما. في الواقع، يكون شكل القطرة الساقطة عبر غاز كرويًا تقريبًا بالنسبة للقطرات التي يقل  قطرها عن 2 مم. ^{[ 9 ]} أما القطرات الأكبر حجمًا، فتميل إلى أن تكون أكثر تسطحًا في الجزء السفلي نتيجة لضغط الغاز الذي تتحرك خلاله. ^{[ 10 ]} ونتيجة لذلك، مع ازدياد حجم القطرات، يتشكل تجويف مقعر يؤدي في النهاية إلى تفتتها.

طول الشعيرات الدموية

يُعدّ طول الشعيرات الدموية عامل قياس طولي يربط بين الجاذبية والكثافة والتوتر السطحي ، وهو المسؤول مباشرةً عن شكل قطرة سائل معين. وينبثق طول الشعيرات الدموية من ضغط لابلاس ، باستخدام نصف قطر القطرة.

Using the capillary length we can define microdrops and macrodrops. Microdrops are droplets with radius smaller than the capillary length, where the shape of the droplet is governed by surface tension and they form a more or less spherical cap shape. If a droplet has a radius larger than the capillary length, they are known as macrodrops and the gravitational forces will dominate. Macrodrops will be 'flattened' by gravity and the height of the droplet will be reduced.^[11]

Raindrop sizes typically range from 0.5 mm to 4 mm, with size distributions quickly decreasing past diameters larger than 2–2.5 mm.^[12]

Scientists traditionally thought that the variation in the size of raindrops was due to collisions on the way down to the ground. In 2009, French researchers succeeded in showing that the distribution of sizes is due to the drops' interaction with air, which deforms larger drops and causes them to fragment into smaller drops, effectively limiting the largest raindrops to about 6 mm diameter.^[13] However, drops up to 10 mm (equivalent in volume to a sphere of radius 4.5 mm) are theoretically stable and could be levitated in a wind tunnel.^[9] The largest recorded raindrop was 8.8 mm in diameter, located at the base of a cumulus congestus cloud in the vicinity of Kwajalein Atoll in July 1999. A raindrop of identical size was detected over northern Brazil in September 1995.^[14]

• 
  Blue dye being dropped in a saucer of milk
• 
  Impact of a drop of water
• 
  Backjet from drop impact
• Rain droplets impacting and dripping down
• 
  Edgerton's ultra-high-speed photograph of the splash of a drop of milk forming a small crown
• 
  A drop of water hitting a wet metal surface and ejecting more droplets, which become water globules and skim across the surface of the water
• 
  A drop of water on a leaf, hydrophobic effect, partial wetting
• 
  A triple backjet after impact
• 
  Photo of a raindrop on a fern frond
• 
  Detaching drop
• 
  قطرات الماء تتشكل من رأس الدش
• 
  قطرة ماء على نبات من الفصيلة النجمية
• 
  قطرات الماء التي تعكس زهرة صغيرة
• 
  قطرة مطر على ورقة شجر
• 
  قطرات الماء على الزجاج
• 
  قطرات ماء النافورة كما تظهر في تعريض قصير جدًا
• 
  قطرات المطر على ورقة نبات الورد
• 
  تدفق مياه الأمطار من مظلة الأشجار. من بين القوى التي تحكم تكوين القطرات: التوتر السطحي ، والتماسك ، وقوة فان دير فالس ، وعدم استقرار بلاتو-رايلي .

• تجربة انخفاض درجة الحرارة
• مطر
• رذاذ (ديناميكا الموائع)
• تآكل قطرات الماء
• تقطير (إبريق الشاي)
• تاج إدجيرتون ميلك دروب

• منحوتات سائلة – صور لقطرات
• الفن السائل – معارض لفن تصوير قطرات السوائل (تمت أرشفته في 19 مارس 2008)
• (تختلف بشكل كبير) حسابات هدر المياه من الصنبور المتسرب:،( تمت أرشفة بتاريخ 13 أغسطس 2009 في موقع Wayback Machine )